Kąsnelis Visatos CCCXV: Laboratorijos

Dažniausiai astronominiai atradimai daromi stebint dangų arba skaičiuojant sudėtingus kompiuterinius modelius. Bet praeitos savaitės naujienose randame net tris laboratorinius eksperimentus – Titano jūrų analogą, tarpžvaigždinių molekulių cheminių reakcijų tyrimą ir magnetinių laukų atsiradimo tyrimą. Taip pat, žinoma, rasite ir kitų naujienų – nuo gravitacinių bangų gaudyklės iki lęšiuotų galaktikų. Skaitykite po kirpsniuku.

***

Lisa Pathfinder rezultatai. Didelėms misijoms ir pasiruošimas yra labai ilgas. LISA misija – kosminis inteferometras, skirtas gravitacinių bangų gaudymui, į kosmosą pakilti turėtų tik 2034 metais, bet jau dabar daroma daugybė bandymų, siekiant patikrinti reikalingas technologijas. Vienas iš jų yra LISA Pathfinder eksperimentas, nuo 2015 metų gruodžio skraidęs kosmose ir tikrinęs, kaip tiksliai įmanoma fiksuoti atstumą tarp dviejų laisvai plūduriuojančių bandinių ir kaip ramiai juos galima išlaikyti vieną kito atžvilgiu. LISA gravitacinių bangų ieškos labai tiksliai tikrindama atstumą tarp trijų interferometrų, taigi labai svarbu išsiaiškinti, kiek atstumo matavimui gali pakenkti triukšmas. Dabar paskelbti galutiniai eksperimento rezultatai: paaiškėjo, kad atstumo nustatymas ir bandinių ramybė yra žymiai geresni, nei tikėtasi, ir jau dabar atitinka galutiniam zondui keliamus reikalavimus. Visame tirtame svyravimų dažnių ruože – nuo vieno svyravimo per parą iki vieno per minutę – duomenų tikslumas yra bent dvigubai geresnis, nei numatyta LISA planuose. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Dirbtinė Titano jūra. Vis dažniau kalbama, kad į Titaną reikėtų nusiųsti vien šiam Saturno palydovui skirtą ekspediciją, kurios pagrindinis elementas būtų povandeninis laivas, plaukiosiantis Titano jūrose. Idėja šauni, tačiau kaip išbandyti, ar laivas atlaikys metano-etano aplinką, kurioje temperatūra siekia -180 laipsnių, o slėgis 60 kartų viršija slėgį jūros lygyje? Grupė mokslininkų nusprendė tokias sąlygas atkurti laboratorijoje. Taip jie galėjo nustatyti, kiek azoto, tikėtina, yra ištirpę Titano jūrose, kiek jo galėtų išsiskirti ir suformuoti burbulus aplink povandeninį laivą, ir kaip veiktų laivo vaizdo kameros bei duomenų rinkimo įranga. Paaiškėjo, kad jūrų ir ežerų skystyje yra tiek azoto, kad jų užšalimo temperatūra sumažėja nuo -183 iki -198 laipsnių, o aplink laivą išsiskiriantys burbulai gali būti didelė problema. NASA, naudodamasi šiais duomenimis, galės sukurti tobulesnę tyrimų sistemą ir išvengti galimų problemų. Tyrimo rezultatai publikuojami Fluid Phase Equilibria.

***

Artėjantis Saulės mega-minimumas. XVII amžiaus viduryje Saulės aktyvumas kurį laiką buvo toks mažas, kad Europa išgyveno "mini-ledynmetį". Nors kol kas neaišku, dėl kokių priežasčių įvyko šis didysis minimumas, grupė astronomų teigia galintys juos prognozuoti. Jie ištyrė 33 į Saulę panašias žvaigždes ir nustatė, kad didžiojo minimumo metu ultravioletinės spinduliuotės srautas sumažėja dar 7%, lyginant su įprastu Saulės aktyvumo minimumu, pasikartojančiu kas 11 metų. Nors ultravioletinė spinduliuotė tiesioginės įtakos Žemės paviršiaus temperatūrai beveik neturi, ji paveikia daug atmosferos reiškinių: sumažina ozono sluoksnį, perskirsto oro mases ir vėjų kryptis. XVII amžiuje, kai Europoje buvo atšalimas, Grenlandija ir Aliaska, priešingai, buvo neįprastai atšilusios. Dabartinės Saulės dėmių skaičiaus tendencijos ir jų palyginimas su tirtomis žvaigždėmis leidžia daryti išvadą, kad artimiausiu metu, greičiausiai iki XXI amžiaus vidurio, Saulė pereis į dar vieną didžiojo minimumo stadiją. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

***

Spiečius NGC 3532. New Horizons LORRI instrumento nuotrauka. ©NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Spiečius NGC 3532. New Horizons LORRI instrumento nuotrauka. ©NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Ši nuotrauka gali pasirodyti visiškai neįspūdinga – spiečius NGC 3532 yra fotografuotas daugybę kartų ir žymiai geriau bei detaliau. Bet keletą valandų praėjusią savaitę ji buvo toliausiai nuo Žemės daryta nuotrauka. New Horizons zondas, šiuo metu skrendantis Kuiperio žiedo objekto 2014 MU69 link, ją padarė būdamas 6,12 milijardų kilometrų atstumu nuo Žemės; ankstesnis tolimiausios nuotraukos rekordas priklausė Voyager 1, kuris 1990 metais nufotografavo Saulės sistemos planetas, būdamas nutolęs 6,06 milijardų kilometrų atstumu. Bet ši LORRI nuotrauka ilgai rekordininkė nebuvo – vos po dviejų valandų New Horizons sumušė savo rekordą, padarydamas dviejų Kuiperio žiedo objektų – 2012 HZ84 ir 2012 HE85 – nuotraukas.

***

Daugybė kosminių aparatų, skrisdami į Saulės sistemos tolybes, vieną ar kelis kartus praskrenda arti planetų ir taip pagreitėja – tai vadinama gravitacinės svaidyklės efektu. Bet realus pagreitėjimas dažniausiai yra šiek tiek didesnis, nei prognozuoja mūsų turimi modeliai. Šis neatitikimas vadinamas praskridimo anomalija. Apie ją – savaitės filmuke:

***

Daugybė pagautų asteroidų. Prieš beveik keturis mėnesius Saulės sistemoje aptiktas objektas 1I/2017 U1 ('Oumuamua), iš pradžių laikytas kometa, o vėliau identifikuotas kaip iš už Saulės sistemos ribų atklydęs asteroidas. 'Oumuamua Saulės sistemoje ilgai neužsiliks – jis jau tolsta nuo mūsų ir Saulės gravitacija jo nesulaikys. Bet teoriniai skaičiavimai rodo, kad panašių objektų Saulės sistemoje turėtų būti ne vienas. Analitiniai skaičiavimai, kuriuose įvertinta Saulės ir Jupiterio gravitacijos įtaka pro šalį lekiančių objektų orbitoms, rodo, kad per Saulės sistemos istoriją galėjo būti pagauta bet 60 milijonų objektų, kurių spindulys viršija 100 metrų. Tiesa, didžioji jų dalis pabėgo iš Saulės sistemos, panašiai kaip ir 'Oumuamua, bet kažkur aplink Saulę turėtų lakstyti arti 10 tūkstančių svečių. Tuo tarpu Kentauro Alfos dvinarė žvaigždė pagrobinėti prašalaičius galėtų žymiai efektyviau, ir per gyvenimą pagautų jų 20 trilijonų. Tikėtinas didžiausias pagautas objektas taip pat skiriasi – Saulės sistemoje tai būtų apie 60 kilometrų skersmens asteroidas, o Kentauro Alfoje – netgi beveik Žemės dydžio planeta. Taip pagaunamos planetos galėtų netgi pernešti gyvybę iš vienos žvaigždės į kitą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Labai tanki superžemė. Superžemės, atrodo, yra dažniausiai pasitaikantis planetų tipas Galaktikoje, tačiau tyrinėti jas labai sudėtinga, nes Saulės sistemoje analogų neturime. Vienas svarbus klausimas yra šių planetų cheminė sudėtis – jos yra tarpinės tarp tikrai uolinių Žemės tipo planetų ir tikrai ledinių bei dujinių Neptūno tipo. Planetos tankiui nustatyti reikia žinoti jos spindulį ir masę, bet masės nustatymas retai yra patikimas. Dabar pristatyti nauji už 30 parsekų esančios žvaigždės GJ 9827, aplink kurią sukasi net trys superžemės, stebėjimų duomenys. Stebint žvaigždės judėjimą, buvo bandoma nustatyti, kokios yra planetų masės. Gana tvirtai nustatyti kol kas pavyko tik vienos – artimiausios žvaigždei – planetos masę: paaiškėjo, kad ji yra bent 8 kartus masyvesnė už Žemę. Tai yra tankiausia kol kas aptikta superžemė. Šis atradimas sustiprina įspūdį, kad superžemės turėtų būti daugiausiai uolinės planetos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Magnetinio lauko stiprėjimas. Tarpžvaigždinėje terpėje daug kur randami magnetiniai laukai, kurių energija prilygsta kitoms jos rūšims, pavyzdžiui šiluminei ar kinetinei. Taigi magnetiniai laukai yra svarbi tarpžvaigždinės medžiagos evoliucijos dedamoji, bet jų atsiradimas kol kas nėra iki galo išaiškintas. Teoriniai modeliai teigia, kad nežymius jonizuotų dalelių svyravimo sukurtus magnetinius laukus labai sustiprina turbulentiškas dujų judėjimas. Šis procesas vadinamas turbulentišku dinamu ir yra šiek tiek panašus į Žemės magnetinio lauko atsiradimą. Dabar pirmą kartą laboratorijos sąlygomis pavyko atkurti turbulentiško dinamo procesą. Sukūrę maždaug monetos dydžio plazmos rutuliuką, mokslininkai nustatė, kad magnetinis laukas jame vos per kelias nanosekundes išaugo nuo nykstamai mažų verčių iki dešimties teslų – daugiau, nei naudojama magnetinio rezonanso skaneriuose. Šie rezultatai modelį patvirtina kokybiškai, bet dar nežinia, ar astronominėmis sąlygomis magnetinį lauką dinamas gali išauginti pakankamai sparčiai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Besikeičiantis vėjų susidūrimas. Visos žvaigždės pučia vėjus – plazmos srautus. Masyvių žvaigždžių vėjai yra ypatingai stiprūs ir gali paveikti medžiagą net keleto parsekų atstumu. Jei netoli viena kitos yra kelios stipriai pučiančios žvaigždės, jų vėjai susiduria ir labai įkaista. Tokius vėjų susidūrimus galima stebėti rentgeno spindulių diapazone. Įprastai jie beveik nekinta arba kinta periodiškai, nes žvaigždžių padėtys ir orbitos keičiasi labai nežymiai. Bet dabar nustatyta, kad dvinarėje žvaigždė HD 5980 susiduriančių vėjų geometrija kinta gana stipriai. Abi žvaigždės yra bent 60 kartų masyvesnės už Saulę, o jas skiria mažesnis atstumas, nei Saulę nuo Žemės. Viena iš jų 1994 metais sužibo žymiai ryškiau – gyvenimą baigiančiose masyviose žvaigždėse tokie išsiveržimai yra neretas reiškinys. Vėliau, žvaigždė ėmė blėsti, ir nuo 2000 iki 2005 metų sistema atrodė rami, tačiau 2016 metais atlikus pakartotinius stebėjimus paaiškėjo, kad ji vėl sušvito net pustrečio karto ryškiau. Tokio keistai kintančio šviesio paaiškinimas – išsiveržimo metu buvo išmesta tiek daug medžiagos, kad ji, susidūrusi su kitos žvaigždės vėju, greitai atvėso ir nustojo spinduliuoti taip ryškiai, o dabar, sumažėjus medžiagos srautui, vėsimas tapo neefektyvus ir spinduliuotė vėl sustiprėjo. Tokie atradimai padeda geriau suprasti masyvių žvaigždžių gyvenimo pabaigą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių formavimosi sąlygos. Žvaigždės daugiausiai formuojasi molekuliniuose debesyse, kur dujų temperatūra siekia vos 10 kelvinų. Tokiomis sąlygomis beveik visos dujos, išskyrus vandenilio molekules ir helio atomus, turėtų būti sukibusios su tarpžvaigždinėmis dulkėmis ir formuoti aplink jas ledo mantijas. Tačiau stebėjimai rodo priešingai – molekuliniuose debesyse randama didžiulė molekulių įvairovė. Dabar pirmą kartą parodyta, kad molekulinių debesų sąlygomis vandenilio sulfido molekulės atkimba nuo ledo mantijų cheminės desorbcijos proceso metu. Cheminė desorbcija – tai cheminių junginių (šiuo atveju molekulės ir dulkę dengiančio ledo ryšio) iširimas dėl energijos, išsiskiriančios cheminės reakcijos metu. Reakcijos čia svarbios dvi – vandenilio sulfido irimo ir formavimosi. Laboratorijoje atlikti stebėjimai parodė, kad desorbcija tikrai vyksta dėl cheminės reakcijos išskiriamos energijos, ir kad šis procesas yra žymiai efektyvesnis, nei manyta iki šiol. Tai patvirtina ankstesnius įtarimus, kad cheminė desorbcija yra svarbi molekuliniuose debesyse. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Galaktikų grupės susiformavimas. Stephano kvintetas yra nedidelė kompaktiška galaktikų grupė, daug metų naudojama tikrinti įvairioms galaktikų sąveikų teorijoms. Dabar pristatytos naujausios detaliausios jos nuotraukos, kuriose atskleidžiamos anksčiau neįžvelgtos struktūros. Viena tokia struktūra yra grupei priklausančios elipsinės galaktikos NGC 7317 senų žvaigždžių halas. Šis halas yra labai išplitęs – tai rodo, kad NGC 7317 jau seniai sąveikauja su kitomis galaktikomis, kurių gravitacija atplėšė dalį jos žvaigždžių. Seniau buvo manoma, kad ši galaktika, kuri yra šiek tiek nutolusi nuo kitų grupės narių, tik dabar krenta į Kvintetą. Šie rezultatai parodo, kad vien detalios nuotraukos ir jose atrandamos struktūros dar gali daug pasakyti apie galaktikų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ekstremalus gravitacinis lęšis. Kuo toliau nuo mūsų yra galaktika, tuo sunkiau ją stebėti. Laimei, kai kurios galaktikos yra tiksliai už arčiau esančio masyvaus spiečiaus ar galaktikos, o pastarojo gravitacija iškreipia tolimesnio objekto šviesą, ir šio atvaizdą matome gerokai didesnį – gravitaciškai lęšiuotą. Dabar pranešta apie galaktikos, kurios šviesa iki mūsų keliauja pusdešimto milijardo metų, lęšiuoto atvaizdo aptikimą. Lęšis yra galaktikų spiečius, kurio šviesa mus pasiekia per septynis milijardus metų. Tolimosios galaktikos atvaizdus matome net tris, o vienas iš jų yra 30 kartų didesnis, nei originalas. Tai yra didžiausias žinomas ramios (t. y. neaktyvios) galaktikos atvaizdo padidinimas. Tokių atvaizdų tyrinėjimas leidžia geriau suprasti ir tolimus lęšiuotus objektus, ir masės pasiskirstymą lęšiuojančiuose spiečiuose ar galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *